增益可控BTL D音频功率放大器TPA3007D1及其应用

  摘要：TI公司新推出的6.5Ｗ单声道桥接负载（BTL）D类音频功率放大器芯片TPA3007D1采用第三代调制技术，增益可通过两个输入端（GAIN0)和GAIN1)设定。文中介绍了TPA3007D1的内部结构、引脚功能、新一代调制技术及应用电路。

    关键词：D类功率芯片；TPA3007D1；第三代调制；增益可控

１　概述

采用ＰＷＭ调制技术的Ｄ类（开关型)音频功率放大器以其高效率、低功耗等特性,比其它类型(如Ａ类、Ｂ类和ＡＢ类）的功率放大器更具优势，从而在带有音频功能的设备尤其是便携式产品应用中占据了主导地位。

美国德州仪器公司（ＴＩ)是生产音频功率芯片的著名厂商之一。该公司生产的Ｄ类音频功率放大器已发展到第三代。

ＴＩ公司的第三代Ｄ类音频功率放大器ＩＣｓ均带有小于１μＡ的关闭控制电流和典型值为７ｍＡ?或８ｍＡ?的低电源电流，它们都采用创新的调制技术，不需要或仅需要低成本小型输出滤波器。由于在封装上解决了散热问题，因而无需使用散热片。这一代新型Ｄ类功放芯片输出功率与温度之间的关系呈平直曲线，这一点是ＡＢ类放大器无法相比的。它们中的所有器件都内置有去砰声／去咔嗒声电路，可有效消除开／关噪声，同时芯片都内置短路保护和过热关断电路，从而提高了器件本身和系统的可靠性。

ＴＰＡ３００７Ｄ１是ＴＩ公司最近推出的６．５Ｗ单声道ＢＴＬ Ｄ类音频功率放大器芯片，该芯片的效率可达８５％?＠Ｖｃｃ＝１２Ｖ?以上，且具有１２ｄＢ、１８ｄＢ、２３．６ｄＢ和３６ｄＢ四种增益可供控制和选择。其应用领域包括ＬＣＤ监视器、ＴＶｓ、ＰＣｓ、车载免提套件和动力?ｐｏｗｅｒｅｄ?扬声器等。２ ＴＰＡ３００７Ｄ１的结构功能

采用２４引脚ＴＳＳＯＰ封装的ＴＰＡ３００７Ｄ１芯片的引脚排列如图１所示。

ＴＰＡ３００７Ｄ１内部含有偏置与电压参考、增益调节电路、ＰＷＭ调制电路、栅极驱动器、四只ＭＯＳＦＥＴ组成的Ｈ－桥功率极及短路检测和过热关断保护等电路，图２是其内部结构框图。

ＴＰＡ３００７Ｄ１的电源电压(Ｖｃｃ／ＰＶｃｃ）范围为８～１８Ｖ(典型值为１２Ｖ）；负载阻抗ＲＬ大于７Ω；其ＧＡＩＮ０、ＧＡＩＮ１和ＳＨＵＴＤＯＷＮ脚的高电平输入电压ＶＩＨ应大于２Ｖ；低电平输入电压ＶＩＬ则应小于０．８Ｖ；ＴＰＡ３００７Ｄ１工作环境温度范围为－４０～＋８５℃。

图2

３　第三代调制技术方案

ＴＰＡ３００７Ｄ１采用创新的调制方案。虽然每路输出（ＯＵＴＰ和ＤＵＴＮ)幅度仍然从０Ｖ到ＶＣＣ（１２Ｖ)，但当无输入时，ＯＵＴＰ和ＯＵＴＮ为同相位。对于正输出电压，ＯＵＴＰ的占空比大于５０％，而ＯＵＴＮ的占空比则小于５０％。对于负输出电压，ＯＵＴＰ占空比小于５０％，而ＯＵＴＮ占空比大于５０％。在开关周期的大部分时间里，负载两端的电压是０Ｖ。在这种调制方式下，负载上的差分电压幅度不是２ＶＣＣ，而是ＶＣＣ，因而大大减小了开关电流和纹波电流及负载损耗（Ｉ２Ｒ)。由于负载上的差分电压脉冲很窄，因而可以省去输出滤波器。只有在输出功率较大时，由于输出脉冲变宽，纹波电流增大，为了提高效率，才需要小型铁氧体有孔磁珠（ｆｅｒｒｉｔｅ ｂｅａｄ)滤波器。

图３为第三代调制方案的电压和电流波形。

４　应用电路

由ＴＰＡ３００７Ｄ１组成的６．５Ｗ ＢＴＬ Ｄ类音频功率放大器电路如图４所示。图中，Ｕ１（ＴＰＡ３００７Ｄ１)的振荡器频率ｆｏｓｃ可由２０脚外电阻Ｒ１和２１脚外的电容Ｃ１２设定在２５０ｋＨｚ?ｆｏｓｃ＝６．６／（Ｒ５ ·Ｃ１２)。放大器增益则可通过Ｕ１的３脚和４脚来进行设置.

当ＴＰＡ３００７Ｄ１的５脚（ＳＨＵＴＤＯＷＮ脚)为高电平（大于２Ｖ)时，ＩＣ正常工作。若该脚被拉低，ＩＣ将进入关闭模式。在关闭状态，放大器输出静音，此时仅消耗１μＡ的电源电流。

图4

    Ｕ１的ＯＵＴＰ和ＯＵＴＮ输出端连接的Ｌ１、Ｃ１４和Ｌ２、Ｃ１５可组成输出滤波器。其中，Ｌ１和Ｌ２为小型铁氧体片式有孔磁珠（ｆｅｒｒｉｔｅ ｃｈｉｐ ｂｅａｄ)型号为Ｆａｉｒ Ｒｏｔｅ ２５１２０６７００７Ｙ３。滤波器的截止频率为１ＭＨｚ，可用来减小ＥＭＩ，以使其符合ＦＣＣ和ＣＥ标准规定。而Ｌ１和Ｌ２则应在高频时呈现高阻抗，在低频时呈现低阻抗。ＯＵＴＰ和ＯＵＴＮ脚与地连接的肖特基二极管Ｄ１和Ｄ２?Ｂ１３０?用于吸收输出瞬态尖峰脉冲和进行输出短路保护。Ｄ１和Ｄ２在１Ａ下的正向压降应低于０．５Ｖ，耐压则应大于３０Ｖ。

ＴＰＡ３００７Ｄ１内置短路检测电路。当电路发生短路时，输出驱动会迅速截止，从而使器件进入关闭模式。